引言
3D打印建造，又称增材建造，是以三位数字模型为基础，通过材料逐层叠加的方式，打印出建筑物的技术。而3D打印混凝土其本身相较于传统混凝土工程有以下优势：
可以实现异形建造；取消了传统支模拆模、原有生产流水线；建造速度快、施工效率高人工及材料用量降低，经济环保建造过程中减少建筑垃圾产生；其革新之举是传统建造与智能建造相结合，颠覆产业链和施工工艺。
1. 超高性能混凝土（UHPC）
超高性能混凝土；一般是经硅酸盐水泥、硅灰、细骨料（石英砂）、纤维、高性能减水剂等在较低水胶比条件下，以最紧密堆积理论为基础制备而成[1] ，是过去30年最具有创新性的水泥基工程材料。基于较低水胶比的情况下，为了提高流动性，减水剂的含量需要高于其他种类水泥；而且通常加入抗拉强度高的钢纤维以提高3D打印构件的抗弯强度及韧性。一般来说，超高性能混凝土的抗弯性能与钢纤维的添加量成正相关，而且根据研究显示，超高性能混凝土的抗弯强度与纤维的空间分布和取向度密切相关[2-7]。但是钢纤维在超高性能混凝土中是不受控制的，是随机分布和取向的，因而对钢纤维的利用效率不高，导致超高性能混凝土的力学性能无法有效提高，这是目前工艺上实实在在面临的问题。钱晓倩等[5]研究不同纤维掺量对平行和垂直两个挤出方向的影响,通过采用聚合物涂层处理技术 ,改善低纤维掺入比对垂直挤出方向上的轴拉性能的影响，并且通过挤压的方式使纤维定向排列。林泽文等[6]通过改变浇筑方法以及改变新拌混凝土的流动长度来研究单侧浇筑和随机浇筑两种浇筑方式以及不同浇筑距离对纤维取向的影响，在单侧浇筑的情况下混凝土流动的距离越大，纤维取向越好。慕儒等[7]利用磁场控制混凝土中钢纤维的分布方向制备出了单向分布钢纤维混凝土，显著提高了混凝土的抗弯强度。苏安双等[8]通过设计利用L型流动诱导纤维取向装置，实现了超高性能混凝土中钢纤维的定向排列。F.P.Bos,E.Bosco, T.A.M.Salet 等[9]研究了短直钢纤维对三维打印混凝土延性的影响 。 Biranchi Panda,Suvash Chandra Paul,Ming Jen Tan 等[10]研究发现纤维材料对3D打印建筑材料的各向异性力学性能的影响
2. 新型混凝土
香港大学李古教授[11]等人，利用海水、珊瑚砂、玻璃或玄武岩纤维制成一系列砂浆，并对其新拌和硬化性能进行了试验，以尝试开发3D打印玻璃/玄武岩纤维增强海水珊瑚砂砂浆。他们采用了海水、珊瑚砂、52.5通硅酸盐水泥、耐碱玻璃纤维（GF）、硅灰、玄武岩纤维（BF）、聚羧酸高效减水剂；其中：水/胶比：0.24、0.26；微硅掺量：20%；纤维/胶比：0.000、0.005、0.010、0.015、0.020；胶/砂比：1.0；减水剂剂量：通过适配，使新拌砂浆跳桌拓展度在150~200mm，合共试验18组最后得出结论：1、海水珊瑚砂纤维砂浆经过优化设计，在实现可打性的同时，还可以获得很高的强度(抗折强度9.46MPa，抗压强度120.31MPa)，具有很好的建筑3D打印潜力。2、纤维/胶比存在最优值(0.010)，玻璃纤维优于玄武岩纤维，可以继续优化。3、抗压强度对于是否是3D打印的影响很大，要对3D打印建筑材料的抗压强度试验方法进行重新评估。
3. 硅铝酸盐水泥
以3CaO3·Al2O3· CaSO4 矿物质为主，其主要特点是凝结硬化速度快、强度较高、收缩性低、耐腐蚀较好[12]。因此硅铝酸盐水泥是目前市面上使用率较高的3D打印混凝土材料。Khalil, Noura[13]用普通硅酸盐水泥（OPC）和硫酸钙铝酸钙水泥（CSA）两种水泥的混合物来控制砂浆的印刷适性，并开发了由7%CSA和93%OPC制成的可打印混合物。丁铸[14]等通过实验发现，采取控制变量的方法，随着碳纤维混凝土的纤维含量增加，其抗压、弯曲强度远远高于普通混凝土。在混凝土中掺加1%的碳纤维时，其抗压强度最大，效果最好；当掺量为1.5%时，其抗压强度稍稍下降，但是总体还是强于素混凝土。杨华山[15]在硅铝酸盐水泥中纳米颗粒以及石灰石粉进行实验发现，纳米颗粒的加入加速了硅酸盐水泥的水化反应，15%的石灰石粉增加了硅酸盐水泥的流动性和竖向位移，但同时降低了其屈服力。
参考文献
[1]Richard P, Cheyrezy M. Composition of reactive powder concretes[J]. Cem. concr. res. ,1995,25(7):1501-1511.
[2]史才军,何稳,吴泽媚,等. 纤维对UHPC力学性能的 影响研究进展[J]. 硅酸盐通报,2015,34(8):2227-2236.
[3]王强. 钢纤维取向角对超高性能抗拉强度的影响 [J]. 混凝土与水泥制品,2019(1):51-54.
[4]Abrishambaf A, Pimentel M, Nunes S. Influence of fiber orientation on the tensile behavior of ultra-high performance fiber reinforced cementitious composites[J]. Cem. concr. res. ,2017,97:28-40.
[5]钱晓倩,李宗津.挤出成型GFRC板的纤维取向分布和轴拉性能[J].复合材料学报,2001(03):85-90.DOI:10.13801/j.cnki.fhclxb.2001.03.020.
[6]林泽文,陈浩,水中和,余睿,宋秋磊,肖勋光.浇注方式对超高性能纤维增强混凝土中纤维取向及分布的影响[J].硅酸盐通报,2019,38(07):2010-2015.DOI:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2019.07.006.
[7]苏安双,黄煌煌,高小建.基于流动诱导纤维取向的UHPC制备与性能研究[J].中国建材科技,2020,29(05):77-81.
[8]慕儒,林建军,赵全明,等. 单向分布钢纤维混凝土的 力学性能研究[J]. 混凝土与水泥制品,2014(4):55-57.
[9]F.P.Bos,E.Bosco,T.A.M.Salet. Ductility of 3D printed concrete reinforced with short straight steel fibers[J].Virtual and Physical Prototyping,2019(2).
[10]Biranchi Panda, Suvash Chandra Paul, Ming Jen Tan. Anisotropic mechanical performance of 3D printed fiber reinforced sustainable construction material [J].Materials Letters,2017.
[11]李古.南京2021年3D打印混凝土材料与结构国际会议
[12]邱鹏鹏. 3D打印混凝土施工可行性技术研究[J]. 公 路交通科技(应用技术版),2018,14(06):59-62.
[13] Khalil,N，Aouad,G，El Cheikh,K，Remond, S . Use of calcium sulfoaluminate cements for setting control of 3D-printing mortars. 10.1016/j.conbuildmat.2017.09.109
[14]丁铸,李定发,朱继翔. 3D打印建筑材料现状及其发 展[J]. 墙材革新与建筑节能,2017(10):61-65.
[15] Yang, HS，Che, YJ，Shi, MY. Influences of calcium carbonate nanoparticles on the workability and strength of 3D printing cementitious materials containing limestone powder.[J] JOURNAL OF BUILDING ENGINEERING，10.1016/j.jobe.2021.102976
